Глиноземистый цемент

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

ВВЕДЕНИЕ

 

О гидравлических свойствах  низкоосновных алюминатов кальция  было известно еще в XIX веке. Во Франции  при исследовании способов получения  сульфатостойкого цемента был получен  глиноземистый цемент, который наряду с повышенной сульфатостойкостью отличался  исключительно быстрым твердением и весьма высокой прочностью. Химический состав и технология получения этого  цемента вследствие его замечательных  свойств были засекречены французами в 1912 г. Военное ведомство использовало этот цемент в первой империалистической войне для быстрого возведения фундаментов под тяжелые орудия, строительства пулеметных точек, а также для срочного восстановления различного вида сооружений.

В Советском Союзе в  результате самостоятельных исследований, проведенных группой ученых, было разработано несколько способов получения глиноземистого цемента  и изучены физико-химические процессы его производства и твердения. Результаты этих работ позволили организовать производство глиноземистого цемента  способом доменной плавки и рационально  применять его во многих областях строительной индустрии. Глиноземистый  цемент используют также как важнейший  компонент при производстве нескольких видов расширяющихся цементов.

Очень большое применение в строительстве, при производстве специализированных работ получил  высокоглиноземистый цемент он менее чувствителен, чем портландцемент, к влиянию низких температур (положительных) на скорость набора прочности. цементный камень из ВГЦ характеризуется высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью, а также высокой химической стойкостью, в частности, к сульфатной и углекислотной коррозии, однако не стоек к действию щелочей и свободных кислот.

 

Основной областью применения высокоглиноземистых цементов является производство жаростойких и огнеупорных бетонов. При производстве сухих строительных смесей он используется в качестве вяжущего вещества в тех составах, для которых темп набора прочности является определяющим свойством: это ремонтные составы, смеси и стяжки для устройства полов и, в некоторых случаях, материалы для облицовочных плиток (затирки). Также высокоглиноземистый цемент используют во время различных восстановительных работ: при ликвидации прорыва плотин, ремонте мостов, срочном возведении фундаментов. То есть - на самых ответственных участках строительства. Их можно подвергать процедуре пропарки: в таком случае скорость их твердения увеличивается еще в          1,8 раза. Единственным недостатком высокоглиноземистого цемента является его высокая стоимость, он примерно в 2 раза дороже обычного портландцемента.

Сегодня, Россия занимает пятое  место в мире по объемам производства цемента, уступая Китаю, Индии, США  и Японии. Актуальность работы обусловлена  большим объемом производства цемента  в России, необходимостью совершенствования  производства и улучшению свойств  цемента.

В последние годы высокоглиноземистый цемент получил широкое применение в черной и цветной металлургии в составе жаропрочных бетонов и сухих жаропрочных смесей, используемых в печах сталелитейной и сталепрокатной промышленности, туннельных печах, коксовых печах, котлах, сталеразливочных ковшах.

 

 

 

 

 

 

1 Технологическая часть

 

 

1. Номенклатура выпускаемой продукции

 

На проектируемом предприятии предусмотрен выпуск высокоглиноземистого цемента. Высокоглиноземистый цемент - нормально схватывающееся, быстротвердеющее, высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Основной областью применения высокоглиноземистых цементов является производство жаростойких, огнеупорных бетонов и сухих строительных смесей.

По прочности при сжатии в возрасте 3 суток высокоглиноземистые цементы подразделяют на марки:   ВГЦ I - 35, ВГЦ II - 25, ВГЦ II -35,       ВГЦ III - 25. В данной курсовой работе будет рассматриваться                  ВГЦ III - 25 ГОСТ 969 - 91.

Характеристика, химические и минералогические свойства                ВГЦ III - 25 представлены в таблицах 1,2 и 3 соответственно.

 

Таблица 1 - Химический состав ВГЦ III - 25 ГОСТ 969 - 91

В процентах, масс

Вид цемента	Значение для цемента  вида и марки
	Al2O3 не менее	СаО	Fe2O3	SiO2	MgO	SO32-
		Не более
ВГЦ III-25	80	18	0,5	0,5	0,5	0,5

 

Таблица 2 - Минералогический состав ВГЦ III - 25 ГОСТ 969-91

В процентах

Содержание основных клинкерных минералов
CА	CА2
35	65

 

 

 

 

Таблица 3 - Характеристика  ВГЦ III - 25 ГОСТ 969 - 91

Наименование показателя	Величина
Предел прочности при  сжатии, МПа, не менее, в возрасте: 1 суток 2 суток	- 25,0
Тонкость помола: остаток  на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613,%, не более	10
Удельная поверхность  м2/кг, не менее	300
Сроки схватывания: начало схватывания, мин, не ранее конец схватывания, часы, не позднее	30 15
Огнеупорность, оС, не менее	1750
Насыпная плотность: в рыхлом состоянии, кг/м3, не более в уплотненном  состоянии, кг/м3, не более	1300 1800
Нормальная густота, %	25
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг, не более	370

 

1.2 Исходные сырьевые материалы

 

Основными сырьевыми компонентами для производства высокоглиноземистого цемента является технический глинозём и известняк.

Известняк - это горная порода, в основном состоящая из СаСО₃. В виде примесей в них могут присутствовать SiO₂,  MgO, Fe₂O_3. Оксиды кремния и магния при производстве высокоглиноземистого цемента являются вредными примесями. Они взаимодействуют с Al₂O₃ с образованием малоактивных минералов, поэтому для получения цемента требуется чистые разновидности известняка. Наиболее применимы известняки, представляющие собой осадочные горные породы. Осадочное происхождение известняков обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.

Наряду с СаСО_з природные известняки содержат кремнезем, глинозем, окиси железа, окись магния и др.

Плотность и прочность карбонатных пород колеблются в значительных пределах, от весьма плотных известняков с кристаллической структурой, прочностью от 1500 до 2000 кгс/с м², до мягких, рыхлых пород - мела, способного размокать в воде.     

На основании практического  опыта карбонатные породы признаются удовлетворительного качества при  химическом составе: СаО от 40 до 43,5 %;           MgO от 3,2 до 3,7 % при содержании окиси магния в глинистом компоненте не более 1 % или из расчета получения с содержанием MgO не более 5 %.

Количество SiО₂; А1₂О₃; Fe₂О₃ в сочетании с содержанием их в глинистом компоненте должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере. Желательно, чтобы сумма Na₂О и К₂О не превышала 1 %, а содержание SО₃ было от 1,5 до 1,7 %.

Для получения высокоглиноземистого цемента  известняковый компонент  доложен  иметь следующий химический состав, представленный   в таблице 4.

 

Таблица 4 - Химический состав известняка

В процентах

Содержание
SiO2	Fe2O3	Al2O3	MgO	SO3	СаО	п.п.п.
0,4	0,05	0,8	1,8	0,15	54,4	42,6

 

Технический глинозем - это кристаллическая окись алюминия, представляющая собой тонкодисперсный порошок белого цвета. Глинозем получают из руды, содержащей горную породу - боксит. Бокситы имеют сложный химико-минералогический состав. Основной и полезной их частью являются различные модификации гидроксида алюминия (Аl(ОН)₃, AlOН).

Технический глинозем имеет следующий химический состав, представленный в таблице 5.

 

 

 

 

 

Таблица 5 - Химический состав технического глинозема

В процентах

Содержание
SiO2	Fe2O3	Al2O3	MgO	СаО	п.п.п.
0,2	0,05	98,7	0,3	0,25	0,5

 

Физико-химические требования к техническому глинозему представлены в таблице 6.

 

    Таблица 6 - Физико-химические требования к техническому глинозему

В процентах

Марка	Массовая доля примеси, не более			Потеря массы при прокаливании (300-1100 °С), не более
	SiO2	Fe2O3	Сумма Na2O + K2O в пересчете на Na2O
ГСМ	0,2	0,15	1,5	0,5

 

1.3 Выбор и обоснование способа производства и схемы технологического процесса

 

Существует два способа  получения высокоглиноземистого цемента, одним из которых является спекание, предусматривающее образование клинкера за счет реакций в твердой фазе, вторым - полное плавление всей сырьевой смеси.

Для применения метода плавления используются бокситы высокого качества. При применении метода плавления шихты высокоглиноземистый цемент производят плавлением в ватержакетных печах, представляющих собой вагранки с водяным охлаждением.

Известняк, кокс и бокситы загружают  в заводскую печь. В рекуператорах нагревают воздух и подают его через фурмы. В печи образуется расплав, который пропускают через летку. Расплав охлаждают в изложницах, а затем измельчают в дробилках и тонко измельчают в многокамерных трубных мельницах.

Для работы печей используется пылевидное топливо. Разновидностью способа производства цемента методом плавки является способ электроплавки высокоглиноземистого цемента, при котором выплавляется ферросилиций, что позволяет исключить загрязнение кремниевой кислотой.

Менее распространена такая разновидность  способа производства цемента методом  плавки как дуговая плавка. Для  реализации такого способа производства цемента используют дуговые печи переменного тока. В электродуговых печах из высокоглиноземистых бокситов получают высококачественный глиноземистый цемент. Компоненты цементного сырья сушат, измельчают, смешивают, брикетируют или гранулируют, бокситы прокаливают, известняк кальцинируют, при этом используют коксосодержащую шихту.

В электродуговых печах достигается  исключительно высокая температура  плавки. В процессе производства цемента  кремнезем шихты восстанавливается  до кремния, химически взаимодействует  с металлическим железом и  образует ферросилиций.

Полученный таким методом  цемент характеризуется пониженной прочностью в начальные сроки  твердения.

Способ спекания характеризуется  тем, что исходные компоненты цементного сырья просушивают, тонко измельчают и перемешивают до достижения полной гомогенизации, после чего порошкообразную  или гранулированную цементную  шихту направляют в печь и выполняют  обжиг цементного клинкера в различных  печах. Далее цементный клинкер  охлаждают, подвергают помолу и получают высокоглиноземистый цемент.

Метод плавления является в настоящее  время наиболее распространненным  и эффективным, поэтому в данной курсовой работе будет рассматриваться  именно этот метод производства высокоглиноземистого цемента.